利用基礎架構轉型 實現綠色計算

侯淼

隨著AI、云計算、大數據等新興技術的大規模應用，傳統行業數字化轉型、產業互聯網加速發展，作為核心底層基礎設施的數據中心數量正在迅速增長。在新基建的大背景下，預計企業的IT基礎設施投入和數據中心建設也會迎來新一波增長。中國電子信息產業發展研究院的統計顯示，2019年中國數據中心數量約為7.4萬個，約占全球數據中心總量的1/4，而規劃在建的數據中心約320個，其中36.1%為超大型和大型數據中心。

但數據中心能耗巨大，引發了廣泛的關注。大多數數據中心能耗是典型商業寫字樓的10倍～50倍，2018年中國數據中心總用電量已經超過上海市全社會的用電量。為此，國家和地方相關部門出臺了眾多文件，對新建和擴建數據中心能耗標準提出了具體要求。目前，有越來越多的企業更加重視數據中心和企業IT基礎設施的綠色發展。從一方面看，我們迎來一個新的契機，企業可以利用新基建帶來的數字化建設、基礎設施升級的機遇，加速自身基礎架構的轉型，推進綠色計算。在實現節能減排、綠色合規的同時，為企業自身降本增效，簡化IT管理，甚至有效支持業務創新，實現可持續發展。

綠色計算意味著集約與可持續

綠色計算/綠色數據中心建設是一個系統工程，離不開軟硬件、供電系統、制冷系統等全面的考量和設計，因此各類企業都從自身優勢出發做了很多嘗試，包括利用自然條件制冷等。我們認為，集約、可持續的IT架構更能實現綠色計算。企業可以依托科技創新，通過基礎設施的高性能、高密度部署，通過集約和整合的架構來實現計算本身的“綠色”。

一是集約化，作為IT基礎設施核心組成部分的服務器、存儲等產品本身具備高密度計算能力和存儲能力，可以以一頂百，乃至以一頂千，以同樣的面積實現更密集的工作負載整合，更集約的數據中心緩解機房空間、電力的壓力，實現能耗與碳排量的降低。如果要用一個比喻的話，相比于動輒成千上萬臺服務器的分布式計算架構，集約的計算架構相當于把一個平面的停車場變成了立體的停車樓。集約的計算帶來更少的空間和電力消耗，同時也可以大大減少運維和管理的壓力。

二是可持續，不以短期效益犧牲長遠利益。正如過去數年許多采用x86架構的企業，現在開始面臨x86及其配套設備數量劇增帶來的新問題和壓力，包括機房空間、配電用電、運維管理復雜度的不斷提升等，這些問題對IT架構的可持續發展帶來了明顯的挑戰。

與之形成鮮明對比的是采用高密度計算和存儲解決方案的大型銀行。在20多年時間里，交易規模增長高達數十倍的情況下，大型銀行依然無需增加服務器數量、機房占地空間和配電用電需求，始終保持精簡架構、簡化運維，同時又有足夠的可擴展處理能力應對未來業務的進一步增長。這種靈活的計算能力提供了一種靈活的方法來部署計算資源，可以讓各種規模的企業按需配置資源，也可以在需要的時候重新配置這些資源以滿足特定的需求。

為什么選擇綠色計算？

具體而言，集約和可持續的綠色計算可以為企業帶來以下幾個方面的價值。

一是降低綜合成本，簡化IT管理。無論是大公司還是小公司，都在尋求簡化IT運維和降低綜合成本的解決方案，在經歷了新冠肺炎疫情影響之后，這種需求也更加迫切。將工作負載合并到更密集、集中的計算平臺上，是降本增效的有效方法。這樣不僅可以直接減少包括內核許可在內的軟件成本，也能降低許多隱形的間接成本。調查顯示，在政府、金融、保險和銀行等行業，軟硬件和存儲成本之外的間接成本，甚至可以占到IT部門總成本的一半。當數百臺服務器變成幾臺服務器，機房或數據中心的樓面空間成本、電力需求隨之也會大幅降低，軟硬件維護、網絡管理等運維工作也可以大幅簡化。

二是綠色合規，承擔環保責任。為控制不斷增長的數據中心能耗，國家和地方已經出臺了眾多政策文件，提出更具體的能耗要求。例如2019年2月出臺的《關于加強綠色數據中心建設的指導意見》要求到2020年數據中心能源使用效率（PUE）基本達到1.4以下，上海市甚至要求新建數據中心的PUE達到1.3以下。而市場研究機構IDC發布的《2019中國企業綠色計算與可持續發展研究報告》顯示，目前85%的受訪企業數據中心的能源使用效率還在1.5～2.0之間。采用更集約的綠色計算意味著，同樣的工作負載只需要更少的服務器、配套軟件和網絡支撐，由此提升機房和數據中心的PUE，減少計算碳足跡，實現合規的同時，也承擔了企業應有的環保責任。

三是支持業務創新。采用高性能、高密度、高資源利用率的架構，可以支持企業在現有架構的基礎上靈活擴展，充分利用服務器的資源，最大程度上支持業務快速創新。尤其是有些傳統企業，可以同時兼顧既有資產和未來創新，這些企業可以將原有服務器上的資產快速分裝，通過API等方式，提供給前端應用。此外，企業也可以通過在支持紅帽OpenShift平臺的主機上直接運行云原生應用，將大量新技術引入主機，跨云隨時隨地開發與部署新的應用，提供新的服務，并實現一致的管理、編排和自動化，從而快速響應市場要求和展開業務創新。

如何實現綠色計算？

綠色數據中心的設計旨在解決影響碳排放的所有因素，其中涵蓋IT硬件、供暖、通風和空調設備等到其物理布局和構造的方方面面。針對于此，我們有一些具體的建議。

·選擇高效的軟硬件產品。企業可以選擇本身需要較少物理系統、比較節能的服務器硬件和系統，同時選擇能夠充分利用系統資源的軟件，這類軟件僅在必要的共享需求下（比如云計算）啟用虛擬化來利用目標資源，也可以減少不必要的數據傳輸和算力轉移。

·采用穩敏兼備的集約架構。這樣的架構可以在每個系統上實現高計算性能、高資源利用率和高存儲密度，以減少服務器擴展需求。通過高密度部署、集約架構實現資源的充分復用，帶來更高的投資回報率，并大幅優化技術堆棧各個層面的綜合成本。

·保持系統更新到最新一代。因為單位工作負載的低能耗通常是通過技術進步實現的。最新一代的產品往往配備更先進的技術，比如IBM最新發布的z15提供智能配電單元（Intelligent Power Distribution Unit，iPDU），可以進一步降低輻射冷卻系統的功耗。與z14相比，部署在新的IBMz15服務器上可以減少14%的能源消耗，而從z13更新到z15，能源成本可以降低51%。

·采用減少制冷能耗的數據中心設計。冷卻是僅次于IT負載之外的最大的耗電來源，這也是很多企業想方設法減少制冷成本的原因。IBM也建議企業在數據中心的設計上采用一些特別的設計。比如，采用冷熱流分離，提升冷卻系統效率;對數據中心熱能變化進行監測，在保障制冷效率的情況下，盡量提高機房溫度，以減少能源消耗等。

可以來看一個具體的例子，為了遵守荷蘭最高法院做出的一項決議，即到2020年底將溫室氣體排放在1990年的水平上減少25%，當地一家政府機構用IBM LinuxONE替換了其IT基礎設施中的部分x86服務器。通過將其Linux應用程序從47臺x86刀片服務器遷移到一臺LinuxONE的11個IFL（Integrated Facility for Linux）處理器上，該組織的能源消耗預計將減少80%，從而在五年內減少946噸的二氧化碳排放量。

在亞太地區，一家大型保險公司正在經歷IT支出快速增長的挑戰。隨著其x86數據中心的發展，物理空間費用和硬件成本水漲船高，能源賬單快速飆升，IT員工也愈發難以應對服務器管理的復雜性。為此，公司啟動了對其當前業務的評估，想要尋找一種更有效的擴展方式，以支持持續增長的新工作負載。

分析發現，如果將其運行在55個x86服務器上的工作負載合并到一個IBM LinuxONE系統中，可以減少86%的機房建筑面積，同時每年的能源消耗也能減少62%。這樣，這家企業就可以通過更密集的工作負載整合、更小的數據中心和更簡單的員工管理來應對快速增長的挑戰。

IT架構的發展是一個交替演進的歷史。過去十多年時間，x86架構為IT建設的發展起到了很大的作用。隨著數字化轉型的推進，這種單純依靠橫向擴展的模式給企業的可持續發展帶來越來越大的壓力。高密度部署可以提高投資回報率、優化綜合成本，不僅有助于實現綠色計算，還能幫助更多企業以更為可持續、更低風險的方式實現IT架構的穩健轉型。